周慕雲（梁朝偉飾）是個言情小說作家，他執菸埋首，寫著一部關於2046的小說，故事裡有部神祕列車，Tak（木村拓哉飾）希望乘車去找回一段失去的愛… 現實生活裡周慕雲遊戲人生，新加坡忍痛揮別了蘇麗珍（鞏俐飾）後，返港的他與露露（劉嘉玲飾）舊識重逢，但她對周已全無記憶，只沈醉在與新男友CC（張震飾）之間纏綿的戀事… 緊鄰重整的2046號房，周住進旅店，因而結識與日籍男友苦戀的房東女兒王靜雯（王菲飾），似曾相識的記憶讓周決意幫助靜雯，暗渡一段不被允許的愛情… 直到西元2046年，這班列車依指定日期前往2046，Tak搭上了列車，因為在2046裡所有美好的事物都保持原狀，永遠不會改變…